空間定位技術(shù)

空間定位技術(shù)第一頁，共十五頁，編輯于2023年，星期一早期的定位技術(shù)在古代，人們在野外如何定位？在野外定位首先要定向，主要是尋找一些標(biāo)志，比如建筑、高山、河流、峽谷以及一些人工制作的路標(biāo)等，然后在地圖上確定自己的位置。就像古代的航海，一般只是緊貼著海岸航行，依靠燈塔導(dǎo)航。第二頁，共十五頁，編輯于2023年，星期一后來人們利用夜空的星辰來確定方位，如北極星。這種方法的限制因素很多，必須是夜晚，還要是晴空。第三頁，共十五頁，編輯于2023年，星期一

再后來，人類進(jìn)步發(fā)展，發(fā)明了指南針和六分儀。六分儀可以通過測量太陽、星辰的天體高度等確定緯度，但無法確定經(jīng)度。到18世紀(jì)中葉，人們利用不同時區(qū)的地方時與本初子午線之間的時差來確定經(jīng)度。自此，人類得以探索大海揭開地球的面紗。第四頁，共十五頁，編輯于2023年，星期一隨著人類社會的進(jìn)一步發(fā)展，需要精確定位和一些高要求的定位，如運(yùn)動物體的定位，航空航海，現(xiàn)代戰(zhàn)爭等。所以，在近代，無線電波定位和衛(wèi)星定位的方法應(yīng)運(yùn)而生。第五頁，共十五頁，編輯于2023年，星期一無線電導(dǎo)航定位在地面設(shè)置三個相隔一定距離的無線電發(fā)射臺，在飛機(jī)上安裝一臺無線電接收機(jī)，一臺多普勒導(dǎo)航儀，用雙曲線交會法，或采用測量無線電波的相位差確定距離，從而確定飛機(jī)的位置；如果偏航，以導(dǎo)航儀校正航向：這種方法稱為無線電導(dǎo)航定位。在目視領(lǐng)航定位、攝影定位無能為力的海洋、沙漠、草原地區(qū)必須采用無線電導(dǎo)航定位。無線電導(dǎo)航定位受外界無線電波的干擾，所以應(yīng)盡可能壓縮接收機(jī)的通頻帶。這種方法不宜在地形切割劇烈的地區(qū)使用。在地形平坦地區(qū)采用這種方法偏航誤差很小，可達(dá)5米。第六頁，共十五頁，編輯于2023年，星期一無線電導(dǎo)航測角系統(tǒng)利用無線電波直線傳播的特性，將飛機(jī)上的環(huán)形方向性天線轉(zhuǎn)到使接無線電導(dǎo)航收的信號幅值為最小的位置,從而測出電臺航向(見無線電羅盤),這屬于振幅式導(dǎo)航系統(tǒng)。同樣，也可利用地面導(dǎo)航臺發(fā)射迅速旋轉(zhuǎn)的方向圖，根據(jù)飛機(jī)不同位置接收到的無線電信號的不同相位來判定地面導(dǎo)航臺相對飛機(jī)的方位角（見伏爾導(dǎo)航系統(tǒng)），這屬于相位式導(dǎo)航系統(tǒng)。測角系統(tǒng)可用于飛機(jī)返航（保持某導(dǎo)航參量不變，例如保持電臺航向?yàn)榱?引導(dǎo)飛機(jī)飛向?qū)Ш脚_)。幾何參數(shù)（角度、距離等）相等點(diǎn)的軌跡稱為位置線。測角系統(tǒng)的位置線是直線(角度參量保持恒值的飛機(jī)所在錐面與地平面的交線)。測出兩個電臺的航向就可得到兩條直線位置線的交點(diǎn)，這交點(diǎn)就是飛機(jī)的位置第七頁，共十五頁，編輯于2023年，星期一無線電導(dǎo)航測距系統(tǒng)利用無線電波恒速直線傳播的特性。在飛機(jī)和地面導(dǎo)航臺上各安裝一套接收、發(fā)射機(jī)。飛機(jī)向地面導(dǎo)航臺發(fā)射詢問信號，地面導(dǎo)航臺接收并向飛機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)回答信號。飛機(jī)接收機(jī)收到的回答信號比詢問信號滯后一定時間。測出滯后時間就可算出飛機(jī)與導(dǎo)航臺的距離。利用電波的反射特性，測定由地面導(dǎo)航臺或飛機(jī)的反射信號的滯后時間也可求出距離。無線電導(dǎo)航測距系統(tǒng)的位置線是一個圓周，它由地面導(dǎo)航臺等距的圓球位置面與飛機(jī)所在高度的地心球面相交而成。利用測距系統(tǒng)可引導(dǎo)飛機(jī)在航空港作等待飛行，或由兩條圓位置線的交點(diǎn)確定飛機(jī)的位置（圖2）。定位的雙值性（有兩個交點(diǎn)）可用第三條圓位置線來消除。測距系統(tǒng)可以是脈沖式的、相位式的或頻率式的。第八頁，共十五頁，編輯于2023年，星期一第九頁，共十五頁，編輯于2023年，星期一無線電導(dǎo)航優(yōu)缺點(diǎn):優(yōu)點(diǎn)：不受時間、天氣限制，精度高，作用距離遠(yuǎn)方,定位時間短，設(shè)備簡單可靠；缺點(diǎn)：必須輻射和接收無線電波而易被發(fā)現(xiàn)和干擾，需要載體外的導(dǎo)航臺支持，一旦導(dǎo)航臺失效，與之對應(yīng)的導(dǎo)航設(shè)備無法使用；同時,易發(fā)生故障.第十頁，共十五頁，編輯于2023年，星期一GPS衛(wèi)星定位最早的衛(wèi)星定位系統(tǒng)是美國的子午儀系統(tǒng)，由于該系統(tǒng)衛(wèi)星數(shù)目較少（5~6顆），它無法連續(xù)的實(shí)時三維導(dǎo)航，精度較低。子午儀衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(Transitnavigationsatellitesystem)，是美國海軍的一種全球、全天候衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng),又稱海軍衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。1964年研制成功并投入使用,1967年開始進(jìn)入民用領(lǐng)域。這種系統(tǒng)利用地面用戶設(shè)備接收“子午儀“號衛(wèi)星一次通過視界期間所發(fā)出的信號，就能獲得用戶的準(zhǔn)確位置。第十一頁，共十五頁，編輯于2023年，星期一第十二頁，共十五頁，編輯于2023年，星期一1973年美國國防部制定了GPS計(jì)劃。從本世紀(jì)70年代開始研制，歷時20年，耗資200億美元，于1994年全面建成。GPS導(dǎo)航系統(tǒng)是以全球24顆定位人造衛(wèi)星為基礎(chǔ)，向全球各地全天候地提供三維位置、三維速度等信息的一種無線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)。它由三部分構(gòu)成，一是地面控制部分，由主控站、地面天線、監(jiān)測站及通訊輔助系統(tǒng)組成。二是空間部分，由24顆衛(wèi)星組成，分布在6個軌道平面。三是用戶裝置部分，由GPS接收機(jī)和衛(wèi)星天線組成。民用的定位精度可達(dá)10米內(nèi)。第十三頁，共十五頁，編輯于2023年，星期一第十四頁，共十